Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАНОЛА ВЫСОКОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к малотоннажной технологии получения метанола, а именно к устройству, в котором совмещены два процесса: синтез метанола из синтез-газа и выделение метанола методом ректификации.

Уровень техники

Из уровня техники [патент RU 2188790, опубл. 10.09.2002] известен способ получения метанола и устройства для его осуществления, согласно которому метанол получают, в основном, в два этапа. На первом этапе в трубчатых печах риформинга на катализаторах паровой конверсией получают синтез-газ, т.е. смесь монооксида углерода и водорода. На втором этапе очищенный и нормализованный синтез-газ подают в реактор синтеза метанола с получением метанола-сырца, который затем конденсируется и поступает в ректификационную колонну, в которой выделяют чистый метанол.

Данный способ позволяет получать метанол из синтез-газа. Однако указанный способ подразумевает стадию конденсации метанола-сырца, который потом в жидком состоянии подается на стадию ректификации для выделения, чистого метанола. На стадии ректификации метанол-сырец подвергается повторному нагреву в теплообменнике для перевода его в газообразное состояние. Для проведения ректификации требуется дополнительный подвод тепла.

При этом из уровня техники [патент RU 2252209 С1, опубл. 20.05.2005] известно техническое решение, в соответствии с которым реализуется способ получения метанола-сырца с использованием одного или нескольких трубчатых изотермических реакторов. Изотермический режим в реакторах синтеза метанола поддерживается испарением воды в полостях между трубопроводами, заполненными катализатором синтеза метанола. Причем заданная температура в реакторе синтеза поддерживается соответствующим давлением во внешнем сепараторе.

Однако в данном техническом решении в реакторе синтеза метанола можно получить лишь метанол-сырец с содержанием метанола ниже 90 мас. %.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая задача состояла в получении метанола высокой концентрации без использования энергии из вне в одном устройстве.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении концентрации метанола (до 92-95 мас. %) и снижении энергозатрат.

Указанный технический результат достигается за счет создания совмещенного реактора получения метанола, позволяющего проводить процесс синтеза метанола-сырца и выделения из него концентрированного метанола.

Более подробно, технический результат достигается тем, что устройство для малотоннажного получения метанола из синтез-газа состоит из реакторного блока, ректификационной колонны и теплообменника, причем указанное устройство характеризуется тем, что продукты синтеза метанола из реакторного блока подаются непосредственно в ректификационную колонну, при этом теплообменник выполнен с возможностью снятия тепла из реакторного блока и одновременного подогрева низа ректификационной колонны.

Краткое описание чертежа

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства. Устройство включает: реакторный блок, состоящий из 1 - нижней распределительной решетки, 2 - труб, заполненных катализатором, 3 - межтрубного пространства, 4 - верхней распределительной решетки; 5 - теплообменник; 6 - ректификационную колонну.

Осуществление изобретения

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Синтез-газ под давлением 40-50 бар и Т=200-250°С, состоящий в основном из СО, СО₂ и водорода (поток I), подается вниз изотермического реактора синтеза метанола, где, пройдя через нижнюю распределительную решетку 1, подается в трубы, заполненные катализатором, 2, в которых протекает экзотермическая реакция синтеза метанола. Изотермический режим в реакторном блоке синтеза метанола поддерживается испарением воды в межтрубном пространстве 3 между трубами, запененными катализатором, 2. Причем заданная температура 200-250°С в реакторе синтеза поддерживается соответствующим давлением в теплообменнике 5. Вода, испаряясь в межтрубном пространстве 3, попадает (поток IV) в теплообменник 5, в котором пар отдает тепло продуктам низа ректификационной колонны (поток V), конденсируется и возвращается в нижнюю часть реакторного блока (поток III), а нагретые продукты низа ректификационной колонны возвращаются обратно в ректификационную колонну 6 (поток VI). Газообразные продукты (поток II), пройдя через верхнюю распределительную решетку 4, подаются в ректификационную колонну б. Между реакторным блоком и ректификационной колонной 6 находится дроссельное устройство (на фиг. 1 не показано), пройдя которое продуктовый газ дросселируется до давления 1-2 бар и температуры 50-90°С. В ректификационной колонне 6 продуктовый поток делится на три потока согласно температуре кипения: внизу ректификационной колонны отбираются тяжело кипящие продукты разделения - тяжелые спирты и вода (поток VII), из средней части ректификационной колонны отбирается метанол концентрацией 92-95 мас. % (поток VIII), сверху ректификационной колонны отбираются газообразные компоненты - непрореагировавшие компоненты синтез-газа и эфиры (поток IX).

Выносной теплообменник реакторного блока, являющийся неотъемлемой частью предлагаемого устройства, предназначен для снятия тепла из зоны синтеза и одновременно для подогрева низа ректификационной колонны. Подача горячих газообразных продуктов синтеза непосредственно в ректификационную колонну, а также использование тепла реакции синтеза метанола, позволяет снизить энергетические затраты на получения метанола высокой концентрации.

Пример 1. Синтез-газ, состоящий из СО (50 мас. %), СО₂ (29 мас. %) и водорода (21 мас. %), расходом 1900 кг/ч под давлением 40 бар и Т=200°С подается в реакторный блок устройства, где протекает экзотермическая реакция синтеза метанола. Газообразные продукты подаются в ректификационную колонну под давлением 1 бар и Т=50°С. Из низа ректификационной колонны (70 теоретических тарелок) отбираются вода и тяжелые спирты, из средней части ректификационной колонны отбирается метанол концентрацией 92 мас. %, сверху ректификационной колонны отбираются газообразные компоненты (СО, Н₂, СО₂, эфиры).

Пример 2. Синтез-газ, состоящий из СО (52 мас. %), CO₂ (29 мас. %) и водорода (19 мас. %), расходом 2500 кг/ч под давлением 50 бар и Т=250°С подается в реакторный блок устройства, где протекает экзотермическая реакция синтеза метанола. Газообразные продукты подаются в ректификационную колонну под давлением 2 бар и Т=90°С. Из низа ректификационной (70 теоретических тарелок) отбираются вода и тяжелые спирты, из средней части ректификационной колонны отбирается метанол концентрацией 95 мас. %, сверху ректификационной колонны отбираются газообразные компоненты (СО, Н₂, CO₂, эфиры).

Таким образом, предлагаемая конструкция устройства позволяет в одном реакторе получать метанол высокой концентрации (92-95 мас. %) без использования энергии из вне, что приводит к снижению энергозатрат на получение метанола высокой концентрации.